第六章

電功率第3節(jié)

焦耳定律1.通過實(shí)驗(yàn)理解焦耳定律，并能運(yùn)用公式進(jìn)行簡單計(jì)算。2.通過探究電流的熱效應(yīng)跟電阻、電流的關(guān)系，學(xué)習(xí)控制變量法，了解電熱的利用和防止。電流通過燈泡的燈絲時(shí)，燈絲變得灼熱而發(fā)光。這種電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。1.電流的熱效應(yīng)電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能的現(xiàn)象。2.探究電流熱效應(yīng)的影響因素(1)實(shí)驗(yàn)方法：轉(zhuǎn)換法、控制變量法。實(shí)驗(yàn)詳解1.轉(zhuǎn)換法：(1)通過U形管兩邊液面高度的變化來反映密閉空氣溫度的變化，從而反映電阻絲產(chǎn)生熱量的多少；知識點(diǎn)1電流的熱效應(yīng)與什么因素有關(guān)(2)通過觀察玻璃管中液面高度的變化來反映產(chǎn)生熱量的多少；(3)用溫度計(jì)測量液體溫度的升高情況來觀察產(chǎn)生熱量的多少；(4)通過氣球的膨脹程度來反映產(chǎn)生熱量的多少等。2.

控制變量法：實(shí)驗(yàn)一是通過串聯(lián)保證通過導(dǎo)體的電流相同；實(shí)驗(yàn)二中，控制導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間相同，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，從而改變通過導(dǎo)體的電流，探究電熱與電流的關(guān)系。(2)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一：如圖所示，R1≠R2，可探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少與導(dǎo)體的電阻的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)二：如圖所示，探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少與電流的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)三：如圖所示，探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少與通電時(shí)間的關(guān)系。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)一結(jié)論——在通過導(dǎo)體的電流和通電時(shí)間相同的情況下，導(dǎo)體的電阻越大，電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量越多。實(shí)驗(yàn)二結(jié)論——在導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間相同的情況下，通過導(dǎo)體的電流越大產(chǎn)生的熱量越多。實(shí)驗(yàn)三結(jié)論——在通過導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體的電阻相同的情況下，通電時(shí)間越長產(chǎn)生的熱量越多。如圖所示為“探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)”實(shí)驗(yàn)的部分裝置，兩個(gè)相同的透明容器中封閉著等量的空氣。(1)實(shí)驗(yàn)中通過觀察_____________________的變化來反映電阻產(chǎn)生熱量的多少，下列實(shí)驗(yàn)中，也運(yùn)用了這種實(shí)驗(yàn)方法的是______(填序號)。①探究物體的動能跟哪些因素有關(guān)②探究杠桿的平衡條件液面的高度差①解析：實(shí)驗(yàn)中通過觀察液面的高度差的變化來反映電阻產(chǎn)生熱量的多少，這是轉(zhuǎn)換法；探究物體的動能跟哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，用木塊在水平面上被推開的距離的長短來反映物體的動能的大小，也是轉(zhuǎn)換法，故選①。(2)連接好電路后閉合開關(guān)，通電一段時(shí)間，觀察到右側(cè)液面高于左側(cè)液面，如圖甲所示，表明在電流和通電時(shí)間相同的情況下，______越大，產(chǎn)生的熱量越多。電阻解析：在電流和通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。(3)圖中U形管______(填“是”或“不是”)連通器，乙圖裝置中R3

與R2并聯(lián)，目的是使通過R1

與R2

的______不同。不是電流解析：圖中U形管只有一側(cè)上端開口，不是連通器；乙圖裝置中，R1=R2=R3，其中R3

與R2

并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電流關(guān)系可知，目的是使通過R1

與R2

的電流不同。(4)某小組在利用圖乙裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)U形管液柱上升高度相同，與其他小組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都不同，經(jīng)檢查氣密性良好，請你分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不同的原因可能是：

____________。電阻R3

斷路解析：在利用乙圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)U形管液面上升高度相同，說明兩側(cè)產(chǎn)生的熱量相等，即R左=R

右。故實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不同的原因是電阻R3

斷路。特別提醒實(shí)驗(yàn)中用電阻絲對空氣加熱可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，并會使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使兩容器密閉且封閉等量的空氣，不能漏氣。思想方法在填充實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)，也可以依據(jù)教材已有的結(jié)論來填充，這里采用的是逆向思維法。1.內(nèi)容電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電時(shí)間成正比。2.焦耳定律公式及各物理量的單位公式Q=I2Rt物理量及單位電流IA電阻RΩ通電時(shí)間ts熱量QJ知識點(diǎn)2焦耳定律(1)公式的意義：公式反映的是電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱效應(yīng)的規(guī)律，定量地揭示了電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的規(guī)律。(2)適用范圍：公式是由實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的，只要是電流所產(chǎn)生的熱量，都可以利用這一公式進(jìn)行計(jì)算。

4.在純電阻電路中，電熱與電阻的關(guān)系(1)在只有R1

和R2

的串聯(lián)電路中，通電時(shí)間相同時(shí)，電熱與電阻成正比，即Q1

∶Q2=R1∶R2。(2)在只有R1和R2

的并聯(lián)電路中，通電時(shí)間相同時(shí)，電熱與電阻成反比，即Q1∶Q2=R2

∶R1。拓展培優(yōu)電功與電熱的關(guān)系：概括地說，電功和電熱是整體與局部、全體與部分的關(guān)系。1.當(dāng)電路中接入的是電爐、電烙鐵、電飯鍋、電水壺等“純電阻”用電器時(shí)，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即W=Q。此時(shí)，電功和電熱計(jì)算沒有區(qū)別。2.當(dāng)電路中接入的是電動機(jī)等用電器時(shí)，其消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只有較少一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即W

＞Q。在如圖所示的電路中，接通電源，通電一段時(shí)間后，_____(填“左”或“右”)側(cè)U形管液面高度的變化較大，若通過甲容器中電阻絲的電流是2A，則乙容器中電阻絲在1min內(nèi)產(chǎn)生的熱量是_____J。左300解析：右邊兩個(gè)5Ω的電阻絲并聯(lián)后再與左邊5Ω的電阻絲串聯(lián)，根據(jù)串并聯(lián)電路的電流規(guī)律可知，通過甲容器中電阻絲的電流I甲比通過乙容器中的電阻絲的電流I乙大，且I甲=2I乙，甲、乙兩容器中的電阻絲阻值相等，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt

可知，通電一段時(shí)間后，甲容器中電阻絲產(chǎn)生的熱量多，故左側(cè)U形管液面高度的變化較大；I甲=2A時(shí)，I乙=1A，乙容器中電阻絲在1min內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q=I乙2Rt=(1A)2×5Ω×60s=300J。特別提醒運(yùn)用公式計(jì)算電熱比較簡單，但需要注意以下兩個(gè)問題：1.代入各物理量的數(shù)據(jù)時(shí)，需將其單位換算成符合要求的單位。2.本例中有兩個(gè)電阻值，代入電阻數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，不要用錯數(shù)據(jù)。電飯鍋工作時(shí)有兩種狀態(tài)：一種是鍋內(nèi)的水燒干以前的加熱狀態(tài)，另一種是鍋內(nèi)的水燒干后的保溫狀態(tài)。如圖所示是電飯鍋的電路圖，R1

是一個(gè)電阻，R2

是加熱用的電阻絲，則自動開關(guān)S閉合時(shí)，電飯鍋處于______(填“加熱”或“保溫”)狀態(tài)。一個(gè)正常工作時(shí)電功率是450W的電飯鍋，在正常工作時(shí)，每分鐘產(chǎn)生的熱量為_________J。加熱2.7×104

方法點(diǎn)撥只有在純電阻電路中，電熱Q

和電功W

的數(shù)值才相等。在電熱的計(jì)算中，只要載體是電熱器，如果已知電功率，就可以利用推導(dǎo)式Q=W=Pt進(jìn)行計(jì)算。1.電熱器的工作原理電流的熱效應(yīng)。2.電熱器的主要結(jié)構(gòu)發(fā)熱體。發(fā)熱體是由導(dǎo)電性差、熔點(diǎn)高的電阻絲繞在絕緣體材料上做成的。其中，絕緣體材料可將電阻絲與電熱器的外殼隔開，防止觸電和漏電。知識點(diǎn)3電流熱效應(yīng)的利用與防止3.常見家用電熱器電飯煲、電熨斗、電烤箱等。4.電熱器的優(yōu)點(diǎn)(1)清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染；(2)效率高；(3)可以方便地控制和調(diào)節(jié)溫度。5.電熱的危害(1)

由于電流的熱效應(yīng)會使用電器的溫度升高，加速絕緣材料的老化，甚至可能燒壞用電器；(2)造成電能輸送過程中的電能損失。6.防止電熱危害的方法(1)安裝散熱風(fēng)扇；(2)安裝散熱片；(3)安裝散熱窗。拓展培優(yōu)1.白熾燈的工作原理是電流通過燈絲時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，從而使燈絲的溫度升高，達(dá)到發(fā)光的程度。LED燈是利用半導(dǎo)體材料的特性，讓電能直接轉(zhuǎn)化為光能，不用先轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。LED燈因?yàn)樵聿煌?，發(fā)光效率比白熾燈高很多。2.白熾燈工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為光能的大致比例為10%，一般節(jié)能燈的發(fā)光效率為30%，所以使用節(jié)能燈可大大節(jié)約電能。下列屬于防止電流熱效應(yīng)產(chǎn)生危害的實(shí)例是（）A.家里使用電熱水壺?zé)瓸.利用電視機(jī)后蓋的小孔散熱C.家里使用電飯鍋煮飯D.小佳媽媽使用電熨斗熨衣服

方法點(diǎn)撥：緊扣電流熱效應(yīng)的利用與防止進(jìn)行分析。答案：B解析：電視機(jī)后蓋上的小孔，可以加速散熱，從而防止電熱的危害。使用電熱水壺?zé)㈦婏堝佒箫?、電熨斗熨衣服，都主要將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，屬于利用電流的熱效應(yīng)。方法點(diǎn)撥1.識別是利用電熱還是防止電熱的危害，主要看使用某電器或相應(yīng)裝置某種設(shè)計(jì)的目的，如果目的是方便散熱，那么屬于防止電熱的危害；如果是利用電流產(chǎn)生的熱量，那么屬于利用電熱。2.也可熟記利用電熱和防止電熱危害的常見實(shí)例，從而解題。1.電流通過導(dǎo)體時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為熱的現(xiàn)象，叫電流的熱效應(yīng)。2.焦耳定律：Q=I2Rt3.電流熱效應(yīng)的利用和危害一、電流的熱效應(yīng)1.電流的熱效應(yīng):電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化為

。

2.影響電流熱效應(yīng)的因素:導(dǎo)體的電阻、通過導(dǎo)體的電流、

。

二、焦耳定律1.焦耳定律:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟__________________

成正比,跟導(dǎo)體的

成正比,跟

成正比。

2.焦耳定律公式:Q=

。

3.電熱和電能:電流通過導(dǎo)體時(shí),如果電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,則

=

。

三、電熱的利用和防止1.電熱的利用:電熱水器、電飯鍋、電熨斗、電熱孵化器等。2.電熱的防止:電視機(jī)的散熱窗、微機(jī)風(fēng)扇等。內(nèi)能

通電時(shí)間

電流的二次方

電阻

通電時(shí)間

I2RtQW

一、電流的熱效應(yīng)1.下列家用電器中,利用電流熱效應(yīng)工作的是(

)A.電風(fēng)扇

B.電視機(jī)C.電熱水壺 D.電冰箱C電風(fēng)扇工作時(shí)主要將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,不是利用電流熱效應(yīng)工作的,A不符合題意;電視機(jī)工作時(shí)主要將電能轉(zhuǎn)化為光能與聲能,不是利用電流熱效應(yīng)工作的,B不符合題意;電熱水壺工作時(shí)主要將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,是利用電流熱效應(yīng)工作的,C符合題意;電冰箱工作時(shí)主要是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,不是利用電流熱效應(yīng)工作的,D不符合題意。二、焦耳定律2.當(dāng)電源電壓一定時(shí),為了使電爐的電熱絲在相等的時(shí)間內(nèi)發(fā)熱量增加,可采取的措施是(

)A.增大電熱絲的電阻B.減小電熱絲的電阻C.在電熱絲上并聯(lián)電阻D.在電熱絲上串聯(lián)電阻

B在電壓一定的條件下,根據(jù)

可知,減小電熱絲的電阻才可

增加電功率,即在相同的時(shí)間里發(fā)熱多,故選項(xiàng)B正確。3.阻值為50Ω的定值電阻R接在電源兩端,通過電阻R的電流為0.2A,10s內(nèi)電流產(chǎn)生的熱量是

J。20解析

通電10

s產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=(0.2

A)2×50

Ω×10

s=20

J。三、電熱的利用和防止4.